DE3041623A1

DE3041623A1 - Stabilisator fuer bohrstraenge

Info

Publication number: DE3041623A1
Application number: DE19803041623
Authority: DE
Inventors: Ch. Trivett Dallas Tex. Thomposon; Charles M. Carrollton Tex. Thompson
Original assignee: American Coldset Corp
Current assignee: American Coldset Corp
Priority date: 1979-07-17
Filing date: 1980-11-05
Publication date: 1982-06-09
Also published as: NL189370B; AU539521B2; FR2493908A1; NL8006083A; FR2493908B1; GB2061358A; CA1128927A; US4275935A; GB2061358B; NL189370C; AU6404680A

Description

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HELMUT BERKENFELD *-·

PATENTANWALT Λ ^Α"^{der 8}^""^{2 2 WO3/3}

D 5000 Köln 60

American Coldset Corporation

Stabilisator für Bohrstränge

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schachtbohren und insbesondere auf Bohrstangenstabilisatoren.

Bohrstangenstabxlisatoren bzw. Schwerstangenstabilisatoren werden verwendet beim Richtungsbohren zur Steuerung des Winkels eines Bohrloches, welches von der Oberfläche aus gebohrt wird. Mittels der Bohrstangenstabilisatoren kann ein Bohrloch gebohrt werden, welches sich unter einem Winkel zur Vertikalen erstreckt. Bohrstangenstabilisatoren können auch verwendet werden, zum Führen eines Bohrstranges und einer Bohrerspitze in Ausrichtung, wenn man ein vertikal sich erstreckendes Bohrloch bohrt.

Um ein Bohrloch unter einem Winkel zur Vertikalen zu erstrecken, werden gewöhnlich Stabilisatoren zwischen einer Reihe von Bohrstangen angebracht. Bohrstangen sind schwere langgestreckte rohrförmige Gebilde, welche während eines Bohrvorganges längs ihrer Länge abgelenkt bzw. abgebogen werden können. Der Ablenkungsgrad einer Anordnung von Bohr-

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stangen wird gesteuert durch die Lage -von Stabilisatoren in Bezug au? eine Eeihe von Bohrstangen. Die Stabilisatoren, •welche gegen die Wandung des Bohrloches lagern, wirken als Gelenkpunkt zur Befähigung einer Anordnung von Bohrstangen» um die Gelenkpunkte gebogen zu werden. Die Abstände der Stabilisatoren auf den Bohrstangen, zusammen mit dem Gewicht bzw. der Kraft der Bohrstangen, bestimmen somit den Ablenkungsgrad der Bohrstangenanordnung. Es wird nicht nur der Ablenkungsgrad der Bohrstangen direkt in Nachbarschaft- der Bohrspitze durch die. Stabilisatoren gesteuert, sondern auch der Ablenkungsgrad anderer Bohi— stangen im Abstand längs des Bohrloches.

Es ist üblich geworden, in immer größeren Tiefen nach Öl und Gas zu bohren und ein Uichtungsbohren anzuwenden, d.h. ein Bohren unter einem Winkel zur Vertikalen. Demgemäß sind die Bohrvorgänge und Bohrausrüstungen spitzfindiger und komplizierter geworden, insbesondere beim Bohren und bei Bohrausrüstungen abseits vom Land. Beispielsweise können eine Anzahl Bohrlöcher von einem abseits vom Land aufgestellten Bohrgestell_r welches an einer einzigen Stelle festgelegt ist, gebohrt werden, wobei jedes Loch sich in einer unterschiedlichen Richtung erstreckt. Dies wird erreicht durch Richtungsbohren einer Anzahl von Bohrlöchern unter verschiedenen Winkeln zur Vertikalen und in verschiedenen Richtungen, Die Löcher sind an der Oberfläche in relativ dichtem Abstand voneinander, damit die Anzahl Löcher von einem einzigen Bohrgestellort aus gebohrt werden können. Mit dem Portschreiten des Bohrens wird der Bohrwinkel jedes Bohrloches gesteuert, damit die Bohrlochstellen und -tiefen über einen relativ großen Bezirk in einem gitterähnlichen Muster im Abstand voneinander stehen. Die Bohrlöcher können auch so gerichtet sein, daß sie sich in mehreren Gesteinsschichten befinden, von denen eine jede sich in unterschiedlicher Tiefe an unterschiedlicher Stelle be-

findet. Urn eine Anzahl unterschiedlicher Stellen zu erreichen ist es erforderlich, den Bohrwinkel mit äußerster Genauigkeit für jedes Bohrloch zu steuern, damit der Boden des Bohrloches sich innerhalb von sowenig wie größenordnungsmäßig 1/2 bis 1 Meter von einer vorbestimmten stelle befindet. Die Stellen, an welchen·die Stabilisatoren längs einer Anordnung von Bohrstangen angebracht sind sowie das Gewicht der Bohrstangen, steuern die Ablenkung der Anordnung und dadurch den Bohrwinkel. Demgemäß ist es erforderlich, die Stabilisatoren an einer Anzahl unterschiedlicher Stellungen längs der Länge der Bohrstangen in Stellung zu bringen, um den Bohrwinkel zu steuern. Zur Bestimmung der richtigen Stellung der Stabilisatoren auf einer Bohrstangenanordnung, werden Computer verwendet.

Um den Bohrwinkel und die Richtung eines Bohrloches zu steuern, können magnetische Ablesungen des Vorstoßens des Bohrloches (d.h. Ablesungen auf der Basis des erdmagnetischen Feldes und der Bewegung der Winkelanzeige des Bohrloches) im Bohrloch vorgenommen werden, welche in Verbindung mit der Tiefe, bei welcher die Ablesungen erfolgen, eine räumliche Bestimmung des Bohrloches ergeben. Um magnetische Überwachung zu erlauben, bestehen die Bohrstangen aus nichtmagnetischem ■ Material.

Es ist durchaus Üblich, bis auf Tiefen von 4 5oo Meter oder mehr zu bohren. Das Gewicht des Bohrstranges.wird vom Bohrgestell an der Oberfläche getragen, doch die Bohrspitze ist durch das vorbestimmte Gewicht einer Anzahl von Bohrstangen vertikal belastet. Demgemäß begegnet man beträchtlichen Kräften durch die Bohrstangen und Stabilisatoren während eines Bohrens und während des Anhebens bzw. Absenkens des Bohrstranges. Beispielsweise können Axialkräfte im Bereich von etwa 9o 000 kg auf einen Stabilisator während des Anhebens oder Absenkens

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einer Anordnung von Bohrstangen ausgeübt werden, und man kann Drehkräften im Bereich von 6o ooo foot pounds durch die Stabilisatoren während des Bohrens begegnen. Während des Richtungsbohrens wirkt ein Stabilisator als Gelenkpunkt zwischen der Wandung eines Bohrloches und der Anordnung von. Bohrstangen. Dies hat zum Ergebnis, daß riesige Drehkräfte auf einen Stabilisator ausgeübt werden mögen. Demgemäß müssen die Bohrstangenstabilisatoren so gebaut sein, daß sie solchen Kräften und solchem Drall widerstehen. Außerdem müssen die Abrieboberflächen der Stabilisatoren aus harten Materialien bestehen wie etwa aus Stahl, Wolframcarbid oder dergl.

Die USA-Patentschrift 3 916 998 beschreibt einen starren Stabilisator, welcher über einen Bohrstangenabschnitt gestreift und axial an einer gewünschten Stelle in Stellung gebracht werden kann. Der Stabilisator weist eine zylindrisch gestaltete Haupthülse mit einem axialen Durchgangsweg auf, welche über einen Bohrstangenabschnitt gestreift und auf diesem axial in Stellung gebracht wird. In Nachbarschaft der Enden der Haupthülse sind Spaltringe vorgesehen. Abschlußhülsen werden über den Bohrstangenabschnitt gestreift und mit Gewinde an den Enden der Haupthülse befestigt. Das Festziehen der Abschlußhülsen an der Haupthülse in Verbindung mit der Wirkung der Spaltringe, veranlaßt den Stabilisator, in Eingriff mit der Bohrstange zu kommen. Es muß beträchtlicher Drall ausgeübt werden, um den Stabilisator mit der Bohrstange in Eingriff zu bringen. Wenn der Stabilisator in Verbindung mit magnetischen Instrumenten verwendet werden soll, so muß der Stabilisator aus nichtmagnetischem Material bestehen. Wegen dieser schwerwiegenden Drallausmaße, unterliegt der Stabilisator dieser Patentschrift, wenn er aus nichtmagnetischem Material besteht, während des Betriebes der !Reibungsabnutzung bzw. der Scheuerkorrosion.

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Die USA-Patentschriften 4 oo1 918 und 3 945 446 beschreiben Stabilisatoren mit einer konischen inneren Oberfläche, welche auf eine zusammenpassende äußere konische Oberfläche einer Bohrstange aufgeschrumpft sind. Da es erforderlich ist, Abschnitte der Bohrstange in Gewindeeingriff zu bringen, um die Stabilisatoren aufzuschrumpfen, müssen die Stabilisatoren dieser Patentschriften auf den Bohrstangen nur an den Stellen der äußeren konischen Oberfläche angeordnet sein.

Die USA-Patentschriften 3 41o 613, 3 933 2o3, 3 894 779, 3 894 78o, 3 528 499, 3 164 216 und 2 813 697 beschreiben Einrichtungen, welche gebraucht werden, um einen Bohrstrang bzw. einen Produktionsstrang zu schützen, zu haltern bzw. zu führen. Jede Einrichtung besteht aus elastomerem Material und ist demgemäß im allgemeinen nicht geeignet zur Verwendung als Stabilisator für Bohrstangen. Die Einrichtungen in den Patentschriften 3 41 ο 613, 3 894 78o, 3 164 216 und 2 813 697 bestehen aus zwei halbzylindrischen Stücken, während die Einrichtungen nach den Patentschriften 3 933 2o3, 3 894 779 und 3 528 499 gespalten sind und mittels eines Stiftes oder Bolzens geschlossen werden. In einigen dieser Patentschriften dreht sich das Rohr bzw. der Schaft in Bezug auf die Einrichtung.

In der USA-Patentschrift 3 292 7o8 ist eine andere mehrstückige Einrichtung beschrieben. Die dort beschriebene Rohrzentriereinrichtung ist für einen Produktionsstrang vorgesehen und weist zwei Klammerteile auf, welche an dem einen Ende aneinander angelenkt sind und am anderen Ende mit Bolzen zusammengesteckt sind. Radial sich erstreckende Flügel, welche durch die Klammerteile gehalten werden, sind vorgesehen, um am Gehäuse des Produktionsschachtes anzugreifen.

Die zweistückigen oder mehrstückigen Einrichtungen mit Spalten, welche oben beschrieben sind, -unterliegen der Ablösung und fallen in das Bohrloch. Die elastomeren Spalteinrichtungen können ebenfalls von der Bohrstange abgelöst werden wegen der elastischen Natur der Einrichtung.

Erfindungsgemäß soll ein Stabilisator geschaffen werden, welcher an irgendeiner gewünschten Stelle einer Bohrstange angebracht werden kann. Auch soll ein Stabilisator geschaffen werden, welcher an die äußere Oberfläche einer Bohrstange angeklammert werden kann, ohne den Stabilisator oder die Bohrstange während des Gebrauchs zu verschleißen oder zu beschädigen. Auch soll erfindungsgemäß ein Stabilisator geschaffen werden, welcher angemessene Stabilisierung schafft ohne Vermehrung aer Gewindeverbindungen im Bohrstrang. .Auch soll erfindungsgemäß ein Stabilisator geschaffen werden, welcher an der Oberfläche rasch angebracht und wieder abgenommen werden kann. Ferner soll erfindungsgemäß ein Stabilisator aus nichtmagnetischem Material geschaffen werden, um den Stabilisator daran zu hindern, die magnetische Überwachung des Bodens des Bohrloches zu beeinträchtigen.

Diese und andere Ziele der Erfindung werden erreicht durch einen gespaltenen Stabilisator, welcher aus einem hohlen, im allgemeinen zylindrischen Körper besteht und einen offenen Schlitz aufweist, welcher sich über die Länge des Stabilisators hinweg erstreckt. Der Stabilisator ist dazu ausgebildet, um in einer Öffnung, welche sich durch ihn hindurch erstreckt, eine langgestreckte rohrförmige Anordnung aufzunehmen, welche eine Bohrerspitze drehend antreibt. Auf dem äußeren Teil des hohlen Körpers sind Einrichtungen vorgesehen zur Lagerung auf der inneren Oberfläche eines Bohrloches, um die langgestreckte rohrförmige Anordnung zu stabilisieren, und es sind Einrich-

rungen vorgesehen, um den Stabilisator an der rohrförmigen Anordnung festzuklammern bzw. zu sperren und zwar vorzugsweise so, daß Komponenten von Teilen solcher Einrichtungen sich während des Gebrauchs nicht vom Stabilisator abtrennen. Gemäß einem Aspekt der Erfindung besteht der Stabilisator aus nichtmagnetischem Material.

Die Erfindung beinhaltet einen Stabilisator für einen Bohrstrang. Der Stabilisator besitzt eine gespaltene Gestaltung mit einem offenen Schlitz bzw. Spalt/ welcher sich über die Länge des Stabilisators hinweg erstreckt. Der gespaltene Stabilisator wird über eine Bohrstange gestreift und es werden Befestigungen angewandt, um den gespaltenen Stabilisator zusammenzuziehen und um den Stabilisator an die Bohrstange zu klemmen. Der Stabilisator kann somit an irgendeiner gewünschten axialen Stellung auf der Bohrstange angebracht und auf dieser nicht drehbar-mittels der Befestigungen versperrt·werden. Vorzugsweise besteht der Stabilisator aus einem nichtmagnetischen Material.

Erfindungsgemäß ist der Stabilisator für eine langgestreckte rohrförmige Anordnung zum drehenden Treiben einer Schachtbohrspitze in einem Bohrloch vorgesehen und besteht aus einem hohlen zylindrischen Körper aus hartem, ablenkbarem Material, und besitzt eine Öffnung, welche sich in der Mitte über seine gesamte .Länge hinweg erstreckt und im wesentlichen den äußeren Querabmessungen der langgestreckten rohrförmigen Anordnung entspricht, wobei die Öffnung dazu ausgebildet ist, die Länge der langgestreckten rohrförmigen Anordnung in sich aufzunehmen. Der hohle zylindrische Körper besitzt einen offenen Schlitz, welcher sich über die gesamte Länge des Körpers hinweg erstreckt vom äußeren Teil des hohlen zylindrischen Körpers bis zur darin befindlichen Öffnung. Einrichtungen aus starrem Material befinden sich auf dem äußeren Teil des hohlen zylindrischen Körpers zum

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Lagern auf der inneren Oberfläche eines Bohrloches zur Stabilisierung der langgestreckten rohrförmigen Anordnung innerhalb des Bohrloches, wenn eine Bohrerspitze drehend angetrieben wird. Es sind Einrichtungen vorgesehen, welche am hohlen zylindrischen Körper in Nachbarschaft der einen Seite des Schlitzes angreifen und v/elche sich quer über den Schlitz erstrecken zum Angreifen am hohlen zylindrischen Körper in Nachbarschaft der anderen Seite des Schlitzes zum Pestziehen des zylindrischen Körpers in Klemmberührung mit der äußeren Oberfläche der langgestreckten rohrförmigen Anordnung, um Drelikräften und linearen Kräften zu widerstehen, welche auf den Stabilisator im Ansprechen auf den Angriff der Lagereinrichtung an der inneren Oberfläche eines Bohrloches ausgeübt werden.

Der hohle zylindrische Körper besitzt eine Wandstärke, welche relativ klein ist im Vergleich zu den äußeren Querabmessungen des hohlen zylindrischen Körpers, wobei die relativ geringe Wandstärke es dem harten ablenkbaren Material gestattet, durch die Einrichtungen zum Festziehen elastisch abgelenkt zu werden zum Klammern des Stabilisators längs der Länge der langgestreckten rohrförmigen Anordnung.

Der offene Schlitz im hohlen zylindrischen Körper, welcher sich bei einer Ausführungsform über dessen gesamte Länge erstreckt, erstreckt sich im wesentlichen parallel zu seiner Längsachse, und erstreckt sich bei einer anderen Ausführungsform im wesentlichen unter einem Winkel zu seiner Längsachse. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der offene Schlitz, welcher sich über die gesamte Länge hinweg erstreckt, im wesentlichen die Form einer Spirallinie.

Die Einrichtung aus starrem Material, welche sich auf dem äußeren Teil des hohlen zylindrischen Körpers befindet, besteht aus einer Anzahl langgestreckter Flossen,

welche im Abstand voneinander stehen und sich im wesentlichen in der Richtung der Längsachse des hohlen zylindrischen Körpers erstrecken, wobei jede Flosse einen nach auswärts gerichteten Steg besitzt zur Lagerung auf der inneren Oberfläche des Bohrloches, wobei eine Rille in Bezug auf die benachbarte Flosse gebildet wird und die Rille dazu ausgebildet ist, einen Strömungsweg für Bohrfließmittel zwischen dem äußeren Teil des hohlen zylindrischen Körpers und der Innenoberfläche eines Bohrloches zu schaffen. Vorzugsweise erstreckt sich der offene Schlitz längs der Länge einer der Flossen. Die Oberfläche des Endes jeder Flosse enthält vorzugsweise verschleißfestes Material. Bei einer Ausführungsform erstreckt sich die Länge jeder Flosse im wesentlichen parallel zur Längsachse des hohlen zylindrischen Körpers und bei einer anderen Ausführungsform erstreckt sich die Länge jeder Flosse unter einem Winkel zur Längsachse des hohlen zylindrischen Körpers. Bei einer anderen Ausführungsform erstreckt sich die Länge jeder Flosse vorzugsweise im wesentlichen in Form einer Spirallinie.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen bestehen die Festzieheinrichtungen zum Ineingriffbringen des hohlen zylindrischen Körpers aus Befestigungsmitteln,· -welche bei einer bevorzugten Ausführungsform aus einer Anzahl Schraubenbolzen bzw. Schrauben, einer Anzahl zusammenpassender Muttern und einer Anzahl von Paaren miteinander ausgerichteter Löcher bestehen, welche in Nachbarschaft des Schlitzes angeordnet sind. Die Schraubenbolzen besitzen vorzugsweise Zylinderköpfe und die Öffnungen vorzugsweise Versenkungsbohrungen, wobei entsprechende Muttern und Zylinderkopfschrauben in jeder versenkten Öffnung gelagert sind.

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Um die Mutter in der versenkten öffnung festzuhalten, ist vorzugsweise eine gegenseitige Anpassung zwischen . dem Äußeren der Mutter und dem Inneren der öffnung vorgesehen, sodaß beim Festziehen der Schraube, die Mutter zwangsläufig in die Versenkungsbohrung hineingezogen und darin festgelegt wird. Die Mutter wird somit in der Öffnung mit Vers enlcungs bohrung festgehalten, ungeachtet der Verbindung mit der Schraube. In ähnlicher Weise ist zur Festhaltung der Schraube in der öffnung, unabhängig von Ger Verbindung mit der Mutter, ein flexibles Halteglied vorzugsweise in der Vers enlcungs bohrung in Nachbarschaft des Zylinderkopfes der Schraube angeordnet. Das Halteglied wird somit in der versenkten Öffnung federnd in Eingriff gebracht, sodaß der Schraubenkopf daran gehindert wird, sich axial aus der Öffnung herauszubewegen.

Diese und andere Aspekte der Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen. Beschreibung und Zeichnungen sind jedoch nur beispielhaft und sollen über den Rahmen der Erfindung nichts aussagen.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, welche eine Bohrvorrichtung abseits vom Land zeigt, die sich an der Oberfläche einer Wassermasse befindet und es sind eine Anzahl Bohrlöcher dargestellt, welche von einer einzigen Stelle der Bohrvorrichtung aus gebohrt sein können;

Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht einer Reihe von Bohrlöchern, welche durch die Vorrichtung der Fig. 1 gebohrt werden sollen;

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, welche in ausgesogenen Linien ein vertikal sich erstreckendes Bohrloch zeigt, wobei an einem Bohrstrang zum Richtungsbohren eine

Anzahl Stabilisatoren befestigt sind;

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Abstand der Stabilisatoren und der Ablenkung der Bohrstangen zeigt;

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Stabilisators;

Fig. 6 ist eine QuerSchnittsansicht des Stabilisators von Fig.5 mit Schnitt auf Linie 6-6 von Fig. 5, welche den Stabilisator auf einer Bohrstange festgeklemmt zeigt;

Fig. 7 ist eine Ansicht des Stabilisators von Fig. 4, auf einer Bohrstange befestigt und in einem Bohrloch befindlich;

Fig. 8 ist eine Quer Schnitts ansicht mit Schnitt l'ängs Linie 8-8 von Fig. 7;

Fig. 9 ist eine Teilansicht längs Linien 9-9 von Fig. welche die Festhalteschraube zeigt;

Fig. 1o ist eine perspektivische Ansicht eines Stabilisators gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11 ist die perspektivische Ansicht des Stabilisators von Fig. 9, an einer Bohrstange befestigt; und

Fig. 12 ist eine QuerSchnittsansicht längs Linie 12-12 von Fig. 11.

Nach den Fig. 1 und 2 ist eine Bohrvorrichtung io an der Oberfläche an einer Stelle abseits vom Land zum Bohren einer Anzahl von Bohrlöchern 12 gehaltert. Die

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Bodensteilen 14 A, 14 B der Löcher befinden sich in ölzonen oder Gesteinsschichten A bsvr. 3, deren Tiefe variiert und dementsprechend kann auch die Tiefe der Bodenteile der Bohrlöcher variieren. Eines der Bohrlöcher 12' ist ein sich vertikal erstreckendes Bohrloch, während die verbleibenden Bohrlöcher sich in einem Winkel zur Vertikalen erstrecken. Die Stellen der Bodenteile - jedes Bohrloches befinden sich in einem Gittermuster und können sich über einen Bezirk von etwa io,4 km, d.h. über ein-Quadratmuster, dessen jede Seite 3o5o m mißt, erstrecken.Um den Bodenteil des Bohrloches zu den verschiedenen Stellen zu richten, ist der Winkel jedes Bohrloches unterschiedlich und wird durch die Anwendung von Stabilisatoren gesteuert. Es sei bemerkt, daß die Wassertiefe etwa einige 3o m oder mehr sein kann, während die Tiefe der Gesteinsschicht B 45oo m oder mehr sein kann.

Der in Fig. 3 gezeigte Bohrstrang besteht aus miteinander verbundenen Bohrstangen 2o und einer'Bohrerspitze 22, welche als unterstes Bohrstrangelement angeschlossen ist. Jede Bohrstange, welche beispielsweise etwa 9 m lang ist, besitzt einen Außendurchmesser von etwa 2o cm und einen Innendurchmesser von etwa 5 cm, sowie ein Gewicht von etwa 2270 kg. Da die Tiefe des Bohrloches bis zu 45oo m oder mehr sein kann, wird das Gewicht der Bohrstangen an ihrem obersten Teil getragen, weil sonst der Bohrstrang zusammenbrechen würde. Wegen des Gewichtes der Bohrstangen wird somit ein vorbestimmtes Gewicht von der Bohrspitze getragen. Alle Bohrstangen bis auf einen kleinen Teil sind in Spannung gehalten. Eine Anzahl von Bohrstangenabschnitten» beispielsweise zwanzig, werden von der Bohrerspitze getragen und liefern das Gewicht, welches zum Bohren erforderlich ist. Bin IJe^itralpunkt 24 definiert die Stelle, wo die Spannung endet. Unterhalb des Neutralpunktes stehen die Bohrstangen unter Bruckbelastung.

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Der Winkel, unter welchem das Bohrloch gebohrt wird, wird zum Teil bestimmt durch das Gewicht der Bohrstangen, welches sie zur Abweichung veranlaßt. Der Winkel wird weiterhin bestimmt durch die Orte der Stabilisatoren 26 auf den Bohrstangen. Wenn die Stabilisatoren längs der Anordnung der Bohrstangen dichter aneinandergelagert sind, so steigert sich die Biegung der Bohrstangen und man erreicht vergrößerte Winkel beim Riehtungsbohren. Erfindungsgemäß können die Stabilisatoren sich an irgendeinem Ort auf den Bohrstangen befinden und daher kann man genaue Winkel für die Bohrlöcher erzielen.

Fig. 4 veranschaulicht die Art und Weise, durch welche Stabilisatoren die Ablenkung der Bohrstangen und demgemäß den Bohrlochwinkel bestimmen. Bei einem Abstand von L 1 zwischen den Stabilisatoren ergibt sich eine große Ablenkung der Bohrstangen und demgemäß ein gesteigerter Bohrlochwinkel. Bei einem größeren Abstand der Stabilisatoren, beispielsweise dem Abstand L 2, ergibt sich geringere Ablenkung unddemgemäß erzielt man einen kleineren Richtungswinkel des Bohrloches. Der Abstand zwischen den Stabilisatoren kann auch so variiert werden, daß das Ausmaß des Bohrlochwinkels wechseln kann. Dies ist erwünscht, wo bestimmt wird, daß das Bohrloch seine Zielstelle, wie sie beispielsweise durch magnetische Überwachung bestimmt wird, verfehlen würde.

In Fig. 5ist ein Stabilisator veranschaulicht, welcher aus einem Stück gebaut ist und einen spiraligen Schlitz bzw. Spalt 28 besitzt, der sich längs der Länge des Stabilisators erstreckt. Der Stabilisator 26 besitzt eine axiale Öffnung 3o mit einem Innendurchmesser hinreichender Größe, daß der Stabilisator 26 über eine Bohrstange 2o gestreift werden kann. Zum Angreifen am Bohrloch (Fig. 7 bis 8) sind eine Anzahl im Abstand voneinan-

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der befindlicher spiraliger Flossen 32 vorgesehen. Die Abstände bzw. Rillen zwischen den Flossen gestatten den Durchgang von Bohrfließmittel zwischen der Oberfläche des Bohrloches und der Oberfläche 33 des Körpers zwischen den Flossen. Die Flossen besitzen Seitenteile 34 und einen äußeren Umfangsteil 35. Die äußeren Umfangsteile 35 der Flossen stehen im Singriff mit der inneren Oberfläche des Bohrloches (Fig. 7) und stabilisieren somit die Bohrstange. Außerdem können die Flossen als Erweiterungsbohrer wirken, um das Bohrloch zu öffnen bzw. . es offen zu halten. Da die Flossen dem Verschleiß unterliegen, können in ihrem Umfang harte Partilcel 36, wie etwa Wolframcarbid, Wolframschnitzel, Stellitmaterial usw. eingebettet sein.

Die Flossen befinden sich rings um den Umfang des Stabilisators in gleichem Abstand voneinander mit Ausnahme der beiden Flossen 32 A und 32 B, welche in Nachbarschaft zueinander gelagert sind. Die Flossen 32 A und 32 B besitzen je eine Anzahl Löcher 37, wobei Paare dieser Löcher sich in Ausrichtung zueinander befinden. Schraubenbolzen 38 mit Zylinderkopf und entsprechende Muttern 4o (Fig. 6, 8 und 9) werden zum Festsperren des Stabilisators auf der Bohrstange verwendet. Das Festziehen einer Zylinderkopfschraube auf einer Mutter, zieht den geschlitzten Stabilisator, d.h. die Endflossen 32 A, 32 B zusammen und der Stabilisator umklammert dicht die Bohrstange 2o.

Der in Fig. 5 gezeigte Stabilisator besitzt Flossen 32, welche sich in Längsrichtung überlappen, damit bei in einem Bohrloch befindlichem Stabilisator, das Bohrloch an jeder Längsstelle mit einer Anzahl Flossen in Berührung steht. Der längs gelegene Ort 44 A wird also von der einen Flosse 32 berührt, während der axial verschobene, längs gelegene Ort 44 B von der Endflosse 32 A berührt wird (Fig. 7).

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Wie in Fig. 9 veranschaulicht, ist in den Versenkungsteil 52 der Öffnung 37 eine Federscheibe 5o eingesetzt und die Mutter 4o ist mit Keilnuten versehen und so bemessen, daß sie einen Festsitz in der Versenkung 54 der Öffnung 37 in der Flosse 32 bildet. Beim Festziehen des Schraubenbolzens 38 auf der Mutter 4o, werden die Keilnuten der Mutter getragen bzw. erweitert, wenn die Mutter in die Öffnung hineingezogen wird und die Mutter wird durch den Festsitz in der versenkten Öffnung 54 versperrt. Dies'hat zum Ergebnis, daß bei eventuellem Versagen einer der Schrauben 38, beide Hälften des ausgefallenen Schraubenbolzens in den entsprechenden Öffnungen zurückgehalten werden und sich nicht vom Stabilisator 26 lösen. Die Anzahl Bolzen 38 ermöglichen, daß durch den gespaltenen Stabilisator ungeheure, gleichmäßig verteilte Kl.ommkräPte auf die äußere Oberfläche einer Bohrstange ausgeübt werden. Außerdem können die Bolzen bequem mittels herkömmlicher Handwerkzeuge installiert werden.

Bei der in den Fig. 1o bis 12 gezeigten Ausführungsform der Erfindung, besitzt der Stabilisator 6o einen axial und linear sich erstreckenden offenen Schlitz bzw. Spalt 62. Der Stabilisator 6o weist im Abstand voneinander befindliche, gerade Flossen 64 auf, welche sich ebenfalls axial in Bezug auf die Öffnung des Stabilisators erstrecken. Die Stabilisatorflossen befinden sich im Abstand voneinander, damit Bohrfließmittel zwischen ihnen hindurchgehen kann. Der Stabilisator 6o ist an einer Bohrstange 2o mittels Schrauben 38 und Muttern 4o in der gleichen Weise befestigt wie für den Stabilisator 26 beschrieben. Der Stabilisator kann mit einem axial sich erstreckenden Schlitz 66 in den Seiten der Flosen 64 A, B versehen sein, welcher vom Schlitz 62 fort qerichtet ist.

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Bohrstangen, vie sie üblicherweise hergestellt werden, können beispielsweise einen Außendurchmesser von etwa 2o,32 cm besitzen. Vorteilhafterweise sind die Stabilisatoren so bemessen, daß sie auf solche Bohrstangen passen. Jedoch können Bohrstangen nach gewisser Gebrauchsdauer infolge Verse'.leiß einen Außendurchmesser von etwa 2o,oo cm oder 19,68 cm besitzen. Um den gleichen Stabilisator auf diese Bohrstangen mit kleinerem Durchmesser aufsetzen zu können, kann man ein rohrförndges Klemmstück 68 (Fig. 12) benutzen. Das' Klemmstück besitzt zylindrische Gestalt und ist mit einem axial sich erstreckenden Spalt 7o versehen. Für eine '19,68 cm-Bohrstange, kann die Dicke des Klemmstückes beispielsweise etwa O,317 cm betragen, während der Spalt 7o etwa 1,27 cm breit sein kann. Das Klemmstück 68 wird anfangs rings um die Bohrstange 2o gebracht und dann bringt man den Stabilisator rings um das Klemmstück. Das Festziehen der Schraubenbolzen 38 veranlasst den Stabilisator, das Klemmstück direkt auf die äußere Oberfläche der Bohrstange zu klemmen.

Der radiale Spalt zwischen dem Stabilisator und einer Bohrstange, bevor der Stabilisator auf der Bohrstange festgezogen ist, beträgt etwa 1,27 cm für eine Bohrstande mit einem Außendurchmesser von 2o,32 cm, und etwa O,317 cm für eine Bohrstange, welche bis auf etwa 2o,oo cm verschlissen ist.

Der in den Fig. 5 bis 8 gezeigte Stabilisator besitzt seine spiraligen Flossen 32 in Überlappung, d.h. eine Linie, welche sich längs der Länge des Stabilisators erstreckt, schneidet mindestens zwei verschiedene Flossen. Es können aber auch die Stabilisatorflossen sich spiralig erstrecken und sich nicht überlappen. Das überlappen hält fortlaufende Berührung der Flossen mit der inneren Oberfläche des Bohrloches aufrecht. Wo keine Überlappung stattfindet oder gerade Flossen angewandt werden, können

die Flossen die Wandungen des Bohrloches auf Zufallsbasis schneiden.

Um magnetische Überwachung des Bohrloches zu gestatten, können die Bohrstangen aus nichtmagnetischem Material hergestellt sein wie etwa rostfreiem Stahl, Monelmaterial usw. Der erfindungsgemäße Stabilisator schafft einen zusätzlichen Vorteil insofern, als er aus nichtmagnetischem Material bestehen kann. Der erfindungsgemäße Stabilisator arbeitet gleich gut, ob- er nun aus magnetischem oder nichtmagnetischem Material besteht, weil die erfindungsgemäße Klemmberührung den Stabilisator festlegen kann ohne die Möglichkeit einer Reibungsabnutzung und Scheuerkorrosion.

Der erfindungsgemäße Stabilisator wird leicht an einer Bohrstange befestigt und kann an irgendeiner axialen Stelle der Bohrstange angebracht sein. Außerdem kann sich der erfindungsgemäße Stabilisator nicht von der Bohrstange ablösen, selbst wenn sämtliche Befestigungselemente versagen, weil der Stabilisator aus einem Stück besteht, allgemein rohrförmig ist und die Bohrstange umschließt. Außerdem sind die Muttern und Schraubenbolzen, welche den Stabilisator an die Bohrstange klemmen, an einem Fallen in das Bohrloch gehindert, falls sie'versagen oder locker werden sollten.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beispielsweise wiedergegebenen Ausführungsformen speziell abestellt. Im Rahmen der Erfindung sind dem Fachmann vielmehr mannigfaltige Abänderungen ohne weiteres gegeben.

Claims

Patentansprüche

1. Stabilisator für eine langgestreckte rohrförmige Anordnung zum drehenden Vortreiben einer Schachtbohrerspitze in einem Bohrloch, gekennzeichnet durch:

(a) einen hohlen zylindrischen Körper (26) aus hartem Material und einem Wandungsteil mit einer öffnung (3o). welche sich zentral über die gesamte Länge des Körpers hinweg erstreckt und im wesentlichen der äußeren Querabmessung der langgestreckten rohrförmigen Anordnung (2o) entspricht und dazu ausgebildet ist, die Länge der langgestreckten rohrförmigen Anordnung (2o) in sich aufzunehmen, wobei der Wandungsteil eine solche Dicke besitzt, daß er ablenkbar ist?

(b) Einrichtungen (32) aus starrem Material, welche auf dem äußeren Teil des hohlen zylindrischen Körpers (26) angeordnet sind und sich im wesentlichen längs der Länge des zylindrischen Körpers erstrecken, zum Lagern auf der inneren Oberfläche eines Bohrloches, um die langgestreckte rohrförmige Anordnung innerhalb des Bohrloches zu stabilisieren, wenn die Bohrerspitze (22) drehend angetrieben wird, wobei ein Schlitz (28) sich über die Länge des hohlen zylindrischen Körpers innerhalb der Länge der Lagereinrichtungen (32) hinweg erstreckt und die Öffnung des hohlen zylindrischen Körpers schneidet; und

(^Einrichtungen (37» 38y 4o) zum Angreifen an den Lagereinrichtungen (32) aus starrem Material in Nachbarschaft der einen Seite des Schlitzes (28) und zur Erstreckung über den Schlitz hinweg, zum Angreifen an den Lagereinrichtungen in Nachbarschaft der anderen Seite des Schlitzes zum Variieren der Größe der Öffnung (3o), um den ablenk-

,.. _n _/Λ ORIGINAL INSPECTED

baren hohlen zylindrischen Körper festzuziehen in Klemmberührung mit der äußeren Oberfläche der langgestreckten rohrförmigen Anordnung (2o), wobei die Klemmberührung den Stabilisator befähigt, längs der Länge der langgestreckten rohrförmigen Anordnung fest in Stellung gebracht zu werden und Drehkräften und Linearkräften zu widerstehen, welche auf den Stabilisator im Ansprechen auf die Berührung der Lagereinrichtungen mit der inneren Oberfläche eines Bohrloches ausgeübt werden.

2. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle zylindrische Körper (26) eine Wandstärke besitzt, welche relativ klein ist im Vergleich zu den äußeren Querdimensionen des hohlen zylindrischen Körpers, wobei die relativ geringe Wandstärke es dem harten Material ermöglicht, durch die Einrichtungen abgelenkt zu v/erden, welch letztere dazu ausgebildet sind, am hohlen zylindrischen Körper anzugreifen, um den Stabilisator längs der-Länge der langgestreckten rohrförmigen Anordnung festzuklammern.

3. Stabilisator nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß das harte Material des hohlen zylindrischen Körpers metallisches Material ist.

4. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz sich im wesentlichen parallel zur Längsachse des hohlen zylindrischen Körpers erstreckt.

5. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz sich im wesentlichen in einem Winkel zur Längsachse des hohlen zylindrischen Körpers erstreckt.

6. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz im wesentlichen die Form einer Spirale besitzt.

7. Stabilisator nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtungen, aus starrem Material, welche sich auf dem äußeren Teil des hohlen zylindrischen '-Körpers befinden, aus einer Anzahl langgestreclcter Flossen (32) bestehen, welche sich im Abstand voneinander befinden und sich im wesentlichen in der Richtung der Längsachse des hohlen zylindrischen Körpers erstrecken_} wobei jede Flosse (32) einen nach auswärts gerichteten Steg besitzt zum Lagern auf der inneren Oberfläche des Bohrloches, und in Bezug auf die benachbarte Flosse eine Rille gebildet wird und die Rille dasu ausgebildet ist, einen Strömungsweg für Bohrfließmittel zwischen dem äußeren Teil des hohlen zylindrischen Körpers und der Innenoberfläche eines Bohrloches zu bilden.

8. Stabilisator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Endes jeder Flosse verschleißbeständiges Material enthält»

9. Stabilisator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jeder Flosse sich im wesentlichen parallel zur Längsachse des hohlen zylindrischen Körpers erstreckt.

10. Stabilisator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jeder Flosse sich unter einem Winkel zur Längsachse des hohlen zylindrischen Körpers erstreckt.

11. Stabilisator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge jeder Flosse sich im wesentlichen in Form einer Spirale erstreckte

12. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Angreifen am hohlen zylindrischen Körper aus einer Anzahl Schraubenbolzen (38), einer Anzahl zusammenpassender Muttern (4o) und einer Anzahl Paare ausgerichteter Löcher (37) bestehen, welche sich in der einen Flosse zur Aufnahme der Anzahl Bolzen und zusammenpassender Muttern befinden.

13. Stabilisator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die.Schraubenbolzen Zylinderkopfsehrauben sind.·

14. stabilisator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (37) Vertiefungsbohrungen aufweisen und zugehörige Muttern und Zylinderkopfschrauben in jeder Öffnung mit Vertiefungsbohrung angeordnet sind.

15. Stabilisator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter und die vertiefte öffnung einen Pestsitz bilden, sodaß beim Pestziehen der Schraube, die Mutter in die vertiefte Öffnung getrieben wird und mit dieser in Eingriff kommt, wodurch die Mutter, unabhängig von der Schraube, in der vertieften Öffnung festgehalten wird.

16. Stabilisator nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein flexibles Halteelement (5o),. welches in der vertieften öffnung in Nachbarschaft des Zylinderkopfes des Schraubenbolzens angeordnet ist, wobei das Halteelement federnd in der vertieften Öffnung angreift und dadurch der Schraubenbolzen daran gehindert wird, sich axial aus der Öffnung herauszubewegen.

17. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle zylindrische Körper (26) und die Lagereinrichtungen (32) aus starrem Material, aus nichtmagnetischem Material bestehen.

18. Stabilisator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle sylin.dr3.sche Körper (26) und die Lagereinrichtungen (32) aus starrem Material, aus rostfreiem Stahlmaterial bestehen.

19. Stabilisator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle zylindrische Körper (26) und die Lagereinrichtungen (32) aus starrem Material, aus Monelmaterial bestehen.

20. Stabilisator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die vertieften öffnungen durch einen Schlitz (66) gebildet werden, welcher sich längs der Öffnungen erstreckt.

21. Stabilisator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz offen ist und das Äußere des Stabilisators schneidet.